年产10万吨环氧丙烷项目-反应工段毕业设计

本科生毕业设计年产10年产10万吨环氧丙烷项目一反应工段化学工程学院化学工程与工艺题目：院系：专业：班级：学生姓名:指导教师:毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：年产10万吨环氧丙烷项R毕业设计（论文）内容：年产10万吨环氧丙烷工程设计毕业设计（论文）专题部分：年产10万吨环氧丙烷工程项H的反应工段设计起止时间：2015年3月---2015年6月指导教师：签字2015年3月8日教研主任：签空2015年3月8日学院院长：签字2015年3月8日I:摘要环氧丙烷是除聚丙饰和丙饰肺，丙怖衍生物以外的第三大丙烯衍生物,是重要的基本有机化工原料。主要为聚酸多元醇，非离子型表面活性剂，碳酸丙端酯和丙烯的生产。是一种重要的精细化工产品的原料，广泛应用于汽车，建筑，食品，烟草，医药和化妆品等行业。随着聚氨酯工业的飞速发展，聚醒多元醇等衍生物国产化率将大幅提高，环氧丙烷的需求量仍会有较大的增长，我国环氧丙烷的供需将仍很紧张。随着世界丙端和聚醒多元醇市场价格的起伏变化，国内外PO产品的竞争将更加激烈。本设计项目的投产不仅缓解我国PO的市场抉口，并且为其下游产品提供了丰富的原料来源，顺应产业的发展趋势，有很好的市场前景。化学反应方程式：c3h6+h2o^c3h6o+h2o本项目采用固定床反应器的工艺流程，由于PO合成反应是放热反应,反应放热很大，采用一般的绝热床反应器反应温度不易控制，因此，使用固定床反应器在外设换热器的方法来取走反应热，以保证温度始终保持在最佳温度附近，用Aspen模拟反应器以及换热器生产结果。并且用CAD绘制换热器结构图。关键词：环氧丙烷，反应工段，固定床反应器，Aspen模拟HIAbstractPropyleneoxideisthetliird-laigestpropylenederivativeexceptpolypropyleneandacrylonitrile,propylenederivatives,isaniinpoitaiitbasicoigaiiicchemicalrawmaterials.Mainlypolyetherpolyol,noiiioiiicsurfactant,piopylenecaibonateandpropyleneproduction.Rawmaterialsisanimpoitaiitfinechemicalproducts,widelyusedillautomotive,coiistniction,food,tobacco,phannaceuticalandcosmeticsindustries.Withtherapiddevelopmentofindustrialpolyurethane,polyetherpolyolsderivativelocalizationwillgreatlyincreasethedemandfbrpropyleneoxidewillstillhavealaigergrowth,supplyanddemandofpropyleneoxidewillstilltense.Thefuture,asCliiiiahasbegiuinewproductioncapacity,withtheupsanddownsoftheworldmaiketofpropyleneandpolyetlierpolyolsprices,domesticandiiiteniationalcompetitionwillbecomemoreintensePOproduct.Conumssioi±igoftheprojectisnotonlytoalleviateourPOgapinthemarket,andprovidesarichsourceofrawmaterialsfbrdownstreamproducts,followthedevelopmenttrendoftheiiidustiyhavegoodmaiketprospects.Cheniicalreactionequation:TS-lC3H6十H2O-fC3H6O+H2OTliisprojectusesafixedbedreactorprocess,becausethePOsynthesisreactionisexothermic,exothemiicreactionisveiylarge,generallyadiabaticbedreactorisdifficulttocontrolthereactionteinperatiue,therefore,theuseofafixedbedreactorilltheperipheralheatexchangerthewaytotakeawaytheheatofreactioninordertoeiisiuethatthetemperatiueisalwaysmaintainedatnearoptinnunteinperatiue,withtheAspensiimilationreactorandheatproductionresults.AndheatexchangerconfigiuationdiagramdrawnbyCAD.Keywords:propyleneoxide,reactionzone,fixedbedreactor,AspenSimulationIV

沈阳化工大学学士学位论文目录沈阳化工大学学士学位论文目录目录TOC\o"1-5"\h\z摘要m第一章项目总论11」项目名称及背景1.L1项目名称11・1・2项目背景1项目概述2设计依据和原则2131设计依据213.2设计原则3原料及产品方案3厂址概况4宁东重化工基地发展概况4宁东重化工基地条件4第二章产品的基本介绍5设计目标5PO的简介及发展5国内外常用的PO合成方法6氯醇法6共氧化法7233氢直接氧化法（HPPO）82.5环氧丙烷质量指标10目录沈阳化工大学学士学位论文目录TOC\o"1-5"\h\z第三章工艺流程设计11工艺流程介绍及说明11Aspen模拟11全流程模拟11322模拟流程的化学反应12流程模拟1233.1反应器的模拟13332加热器的模拟14333冷凝器的模拟153.3.4H2O2进料泵的模拟1633.5丙烯鼓风机17第四章物料及热量衡算18概述18物料衡算18物料衡算的目的18物料衡算的依据18热量衡算21第五章典型设备的工艺及设备设计23储罐设计23储罐装法24储罐设计要求24储罐逸型25设计结果26VI目录沈阳化工大学学士学位论文目录TOC\o"1-5"\h\z522储罐的封头选型26泵的选型27选用时对工业泵的要求28选型原则29533选型结果29换热器选型设计31选型规范31换热器类型32换热器的选型34换热器的设计计算36换热器工艺结构尺寸38第六章厂区布置46厂区布置46厂区布置的基本任务46厂区平面布置的原则46厂区结构46分区说明47工厂运输49绿化布置50安全生产50车间布置51结论53参考文献55致谢56附录57VII目录沈阳化工大学学士学位论文目录一文献57二文献翻译61vni

沈阳化工大学学士学位论文第一堂项目总论沈阳化工大学学士学位论文第一堂项目总论第一章项目总论.1项目名称及背景项目名称以丙烯为原料HPPO法设计年产10万吨PO项目反应工段。.2项目背景环氯丙烷是除了聚丙烯和丙烯牌以外的第三大丙烯衍生物，是重要的基本有机化工原料。主要用于聚酸多元醇、非离子表面活性剂、碳酸丙烯酯和丙二醇的生产。是精细化工产品的重要原料，广泛应用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业。2004-2010年这6年间是国内环氧丙烷新扩建装置投产最为集中的时期。截至2010年我国环氧丙烷产能达到168.4万吨年由于部分规模较小的氯醇法装置受制于国家环保政策和原料丙烯的缺乏开匚率较低，2010年实际产量仅约110万吨。目前我国有20多家环氧丙烷生产企业其中产能较人的有中海壳牌、山东滨化、锦化氯碱、天津大沽石化、山东金岭等，中石化镇海炼化和利安谯共建万吨年环氯丙烷装置于2010年6月投产后成为世界和中国最大的环氧丙烷/苯乙烯联产装置。随着聚氨酯工业的飞速发展，聚陵多元醵等衍生物国产化率将大幅提高，环氯丙烷的需求量仍会有较大的增长，我国环氧丙烷的供需将仍很紧张。2011年初上海高桥石化8万吨/年环氯丙烷装置永久性关闭，氯醇法工艺的环保问题使得未来产能扩张有限环氧丙烷长期供需偏紧的趋势确定。目前国内部分环氧丙烷生产企业，如山东东大、淄博永大、山东金岭、南京金浦锦湖、江苏钟山化工等计划扩产；此外一些新建项目也在计划中，如山东海化、烟台万华、亨斯迈等环氧丙烷衍生品项目也在积极规划中。就国内来看，未来几年PO下游产品的消费有一定程度的增长。国内聚酸多元醇第一串项目总论沈阳化工大学学士学位论文第一串项目总论发展相对较平稳，年消耗增长率约为5%来年聚醛行业新投产、扩产项目较多。而其需求增长速度放慢，因此国内生产能力将远远大于需求，即聚酸开工率依旧不会太高，竞争将变得更加激烈；未来几年国内丙二醇的国产化率将大大提高，进口货源将逐渐被国产化替代,PO的需求增长率将有小幅增长。未来，随着中国新增生产能力的陆续开工，随着世界丙烯和聚酸多元醇市场价格的起伏变化，国内外PO产品的竞争将更加激烈。欧洲、南北美洲、非洲和澳洲变化不大，亚洲PO产品的流动将更加频繁，价格波动也将更加剧烈。要销往韩国、中国和中国台湾，近年来减少了对中国的出口，而增加了对韩国的出口。我国环氯丙烷进口主要集中在江苏和浙江两省，占全国进口量的85.8%,其中江苏省进口量最大，占62.5%。江苏省既有一统聚氨酯制品有限公司南京红宝丽股份有限公司江苏钟山化工有限公司等下游聚酸及聚氨酯企业，又有较多的贸易仓储商，如常州市新华石油化工储运有限公司、张家港越洋实业有限公司等。因此该地区环氯丙烷进口量一直高居全国首位。2005年以来随着聚氨酯工业进入新一轮发展期，上游原料环氯丙烷需求增长进一步加快。2007年我国环氧丙烷需求增长率高达18.7%,为近年来需求增长的峰值。2008年国内环氯丙烷表观消费量达到103.8万吨，但下半年以来由于受金融危机的影响，市场消费量增长趋缓：2009年随着国内经济复苏，下游聚雁需求旺盛，环氯丙烷表观消费量达到128.9万吨/年增至146.6万吨/年。本项目的投产不仅缓解我国PO的市场缺口，并且为其下游产品提供了丰富的原料来源，顺应产业的发展趋势，有很好的市场前景。1.2项目概述本项目是为宁夏神华煤业集团设计年产10万吨PO的子集团。13设计依据和原则设计依据本项目所编制的《可行性分析报告》《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》（2005）第一堂项目总论沈阳化工大学学士学位论文第一堂项目总论《常用危险化学品的分类及标志》(GB13690-92)《匚作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)晶化工行业相关设计规定宁夏回族自治区人民政府关于高新技术产业集群发展规划的通知(宁政发［2008R35号)《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国劳动保护法》的相关法律、法规设计原则1、项目建设遵守国家的各项政策、法令和法规，符合国家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划，贯彻有关部门的颁发标准和规范合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资；2、采用成熟而先进的工艺生产技术，确保操作运行稳定、能耗低、三废排放少、产品质量好；3、在保证工艺生产安全、可靠的前提下，尽可能利用国产化的设备、材料，并控制投资在合理范围内；4、严格遵守现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的人身、卫生安全；5、注重环境保护，生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，贯彻执行“三废”治理、“三同时”的原则；6、坚持“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证：7、产品生产和质量指标符合国家和地方颁发的各项相关标准；原料及产品方案本项目主要原料为丙烯和双氧水，反应溶剂为甲醇，丙烯由神华煤业宁夏集团提供，双氧水由厂址附近的几家造纸厂以较低的价格以管道输送，另外溶剂甲醇由市场购得。第一啦项目总论沈阳化工大学学士学位论文第一啦项目总论本项目是以丙烯为原料HPPO法为宁夏神华煤业集团设计年产10万吨PO项目。厂址概况宁东重化工基地发展概况宁东重化工基地是宁夏惟一的国家级化匚基地，经过多年发展，已形成了能源、化工、机电、建材四大支柱产业。开发石化产业副产物资源，是项目一体化的最好体现，具有得天独厚的资源优势。宁东重化工基地条件宁东重化工基地的总规划用地面积7.5平方公里，主要由两块组成。拥有国家西部大开的战略优势，国家和当地政府为基地提供了税费减免、资金支持、融资担保、人才引进优惠、通关便利等诸多扶持政策。宁东属典型的中温带大陆性干旱气候区，平均海拨1100T200米，年平均气温为8.3・8.6C左右,年平均风速2.526米/秒，年均H照时数2898・3040小时，是中国太阳辐射和口照时数最多的地区之一，风能、太阳能开发潜力大。因此，选择宁东重化工基地作为建厂厂址具有很大优势。第二章产品的基本介绍沈阳化工大学学士学位论文第二章产品的基本介绍第二章产品的基本介绍设计目标本项目的设计目标是为宁夏神华煤业集团设计一座年产10万吨HPPO法制PO子系统，国内对HPPO合成技术研究的甚多，国外也有成熟的商业化的技术。考虑到中国对环境保护的意识的加强，绿色的工艺越来越收到青睐，也将是未来化工行业的趋势。所以我选择对环境无污染的HPPO法。另外，考虑到HPPO技术的复杂性和装置运行的稳定性，本项目最终选择其中较先进成熟的德国巴斯夫公司的HPPO技术,然后对其进行改进，并用专业软件对其工艺进行了模拟和优化，以达到工艺最优化，成本最低化。设备全部采用国产设备，可以大大降低建厂成本，另外也是对我国家的设备和技术推广和应用。PO的简介及发展到2010年我国PO的总需求量将达到L28Mt,而总生产能力达到1.57Mt/a,届国内供需基本平衡，生产能力将有一定量的过剩。PO衍生产品的大力开发和PO产品的大量出口是今后PO产业亟待解决的现实问题。国外市场，南北美洲和欧洲的PO产品基本上自产自销，自给自足，有很少量的PO产品在国际市场上流通。非洲和澳洲没有PO的生产装置，是主要的PO进口国。PO价格的高低主要受原料丙烯的价格和PO的供求关系影响，目前PO新增生产能力较多，PO的供应将不再成为影响市场的主要问题，上游丙烯和下游聚酸多元醇的市场变化将成为左右市场的主导因素。未来，随着中国新增生产能力的陆续开工；随着世界丙烯和聚酸多元醇市场价格的起伏变化，国内外PO产品的竞争将更加激烈。欧洲、南北美洲、非洲和澳洲变化不大，亚洲PO产品的流动将更加频繁，价格波动也将更加剧烈。就国内来看，未来几年PO下游产品的消费有一定程度的增长。国内聚酸多元醇发展相对较平稳，年消耗增长率约为5%,来年聚酷行业新投产、扩产项目较多，而其需求增长速度放慢，因此国内生产能力将远远大于需求，即聚酸开工率依旧不会太第二章产品的基本介绍沈阳化工大学学士学位论文第二章产品的基本介绍高，竞争将变得更加激烈；未来几年国内丙二醇的国产化率将大大提高，进口货源将逐渐被国产化替代，PO的需求增长率将有小幅增长：醇酸行业，由于乙醇酸产品的毒性较大，在未来几年丙醇酸市场将得到良好的发展，随着国内多套大型丙醇酸装置的新建、扩建，稳定价廉的PO供应将直接影响醇酸产品的市场竞争力。国内外常用的PO合成方法目前世界上环氯丙烷生产技术主要有：氯醇法，乙苯共氧化法（PO/SM法），异丁烷共氧化法（PO/TAB法），异丙苯氧化法（CHP法），过氧化氢直接氧化法（HPPO法），氧气直接氧化法。其中氯醇法，PO/SM法，PO/IAB法，CHP法，HPPO法已经实现工业化：氧气直接氧化法正处于实验阶段。2.3.1氯醇法氯醇法的基本生产原理是以丙烯和氯气为原料，首先丙烯经氮醇化反应后生成氯丙醇，其次氯丙醇经见化反应后生成环氧丙烷，最后经精制后得到环氧丙烷产品。氯醇法生产历史悠久，工业化已有80年（1931年美国美国联合碳化物公司UCC在S.Qiarleston建成了一座以丙烯、氯气为原料，采用氯醇技术生产环氯丙烯的工厂）,以美国陶氏化学（DowCheinical）公司的氯醇法为代表。1、反应机理氯醇法产环氯丙烷的主生要原料为氯气、丙稀、石灰乳，生产工艺分为三个部分：即氯醇化、皂化及精制。氯醇法生产机理如下：2.工艺特点及优缺点简介氯醇法生产PO技术的核心是氯醇化反应器技术，目前世界上比较有代表的反应器技术为美国陶氏化学管式反应器技术、口本旭硝子公司的管塔型反应器技术、三井东压公司和昭和电工的塔式反应器技术，国内主要采用的是II本塔式管塔式反应器技术和自行开发的氯醇反应器技术。氯醇法优点是流程比较短、工艺成熟、操作负荷弹性大、产品选择性好、收率高、生产比较安全、对原料丙烯纯度的要求不高、投资少。缺点是对设备有腐蚀、消耗大量:的氯气、适宜在沿海大型氯碱厂建设，生产中产第二章产品的在本介绍沈阳化工大学学士学位论文第二章产品的在本介绍生含有氯化钙的废水(这种含氯化钙的废水严重污染环境，专家指出，污染现己成为制约环氧丙烷工业发展的首要因素)。2.3.2共氧化法共氧化法的基本生产原理是：首先，在一定温度和压力下使用氧气或空气氧化乙苯或者异丁烷，生成相应的有机氢过氧化物。然后，丙烯与有机氢过氧化物反应生成环氧丙烷，同时联产a•甲基苯甲醉或叔丁醇ca•甲基苯甲醇脱水成为苯乙烯，叔丁醇脱水可制得异丁烯。两种过程都会产生环氯丙烷量的2〜3倍的联产品。共氧化法自1969年实现匚业化以来,截止2010年已占到欧洲环氧丙烷总生产能力的57%。根据原料和联产品的不同，采用的共氧化法主要包括阿尔科公司(ARCO)和壳牌公司(Shell)的乙苯共氧化联产苯乙烯(SM)工艺以及阿尔科公司和德士古公司的异丁烷共氧化联产叔丁醇(IBA)工艺。1、反应机理PO/SM法是采用乙苯有机氢过氧化物(EBHP)作为氧化剂，氧化丙烯生产环氧丙烷(PO)和苯乙烯，是目前比较先进的生产方法。2、工艺特点及优缺点简介目前，国外Lyondell>Shell>Repsol等公司都有PO/SM生产技术。Lyondell和Shell公司在工艺上有很大不同，主要是催化剂差别，Lyondell公司用M。(铝)催化剂，催化剂需要回收，而Shell公司用F/SiO2催化剂，不回收和分离催化剂，避免了催化剂进人反应生成物的缺点，简化了分离流程。且选择性Shell法为98.19%,Lyondell则为87.14%,即Shell法的环氧化效率更高，固定投资及产品产值两种工艺技术几乎相当，所以国外均优先选择Shell工艺技术。PO/SM法优点是克服了氯醉法的三废污染严重、设备腐蚀和需要氯为原料的缺点。具有反应较平稳,、无污染等优点。PO/SM法缺点工艺流程长、防爆要求严、投资大、对原料规格要求高、操作条件严格、联产品比例大等。每生产1吨环氯丙烷有L8吨苯乙烯生成，这远超过主产品的产量，而且副产品的市场需求量波动大，所以环氧丙烷生产受市场因素制约严重。因此乙茉共氧化法(PO/SM)装置必须考虑对联产品同时有需求，才显出优越性。第二章产品的基本介绍沈阳化工大学学士学位论文第二章产品的基本介绍233氢直接氧化法(HPPO)过氧化氢直接氧化法的基本生产原理是在相对比较温和的条件下，丙烯(C3H6)和过氧化氢旺0。在甲醇/水混合液中，使用特殊的钛硅催化剂(TS・1)在固定床反应器中发生直接氧化反应的工艺。目前，过氧化氢直接氧化法工艺分别由赢创工业集团(原德固萨，Degussa)与伍德(Uhde)公司、陶氏化学和巴斯夫(BASF)公司联合开发和工业化推广。1、反应机理由过氧化氢(H2O2)催化环氧化丙烯制环氧丙烷的新工艺，生产过程中只生成环氯丙烷和水。反应方程式：C3H6+H2O2-＞C3H6O+H2O2、工艺流程介绍HPPO法由环氧化、分离、PO精制工序组成。用H2O2催化氧化丙烯得到PO和水，该放热反应在甲醇溶剂中进行，用一种固体硅酸钛催化剂。该催化剂经Degussa公司的技术优化可获得最佳的硬度和高的产品选择性。工艺的关键环节是环氧化用的管式反应器，它在足以使反应物维持在液态高压和低于100C的温度下运作，其创新性设计可将高效传热和理想的柱塞流特性完美地结合在一起。PO一经生成，即从水相转入液体丙烯相，从而减少了副产物的生成，进而提高PO的选择性。通过卸压和蒸馀使未反应的丙烯从产品中分离，可得到质量分数＞99.97%的PO。通过在Degussa公司的小型装置上连续运转儿「小时后发现，PO收率＞95%。PO的收率是极其重要的指标,因为收率每降低1%,就意味着在一个满负荷生产装置中将损失300万欧元/年。3、工艺特点及优缺点简介目前，HPPO法以陶氏化学(Dow)/巴斯夫(BASF)和晶创工业集团(Evoiiik)/伍德公司(Uhde)的工业化生产技术最为成熟，两种技术没有本质上的区别，其主要差别在于反应器和催化剂的不同。HPPO法的优点是生产过程中只生成环氯丙烷和水，工艺流程简单，占地面积小：产品收率高，没有其他联产品：三废少，基本无污染，属于环境友好的清洁生产系统。HPPO生产工艺的选择性很高，相对于传统工艺，原材料消耗更低。国家工业和信息化部2月出台的《石化和化学工业“十二五”发展规划》中明确指出，直接氧化

第二章产品的基本介绍沈阳化工大学学士学位论文第二章产品的基本介绍法环氯丙烷技术（简称HPPO环丙技术）将成为“十二五”期间技术创新重点项目。HPPO法的缺点：工业化时间短，工艺待完善；H2O2和催化剂价格相对较高；比。2水溶液储运困难，现场生产费用高，需要跟过氧化氢装置联合布置或与国内过剩的无商业前景的H2O2装置做商业合作。生产工艺对比及技术进展表21氯醇法、共氧化法和HPPO法优缺点对比表路线优点缺点氯静法1氯静法1、工艺成熟；流程的单；1、设备易腐蚀：2、单产品，操作弹性大；2、氯气消耗多;3、对设备要求低,基建投资低;3、副产二氯丙烷;4、生产比较安全。4、废水、废渣量大。HPPO1HPPO1、工艺流程简单，流程短、副产品少。2、无联产产品，市场灵活性强3、物料消耗、能耗低，占地少、投资相对少。1、单位装置产能大；1、工艺流程长、防爆要求高，操作条件严格，原料品种多，对丙烯纯度要求高：1k由小2、对设备无腐蚀：2、生产大量联产品，市场稳定性差：3、无需氯气资源:3、装置规模要求较高，投资大，建设周期较长;4、三废污染小。4、国内尚未自主掌握共氧化法技术，只能采取和跨国化工公司合作建设的方法。1、工业化时间短，工艺待完善；2、水溶液储运困难,需要跟装置联合布置或外购H2O2。3、和催化剂价格相对较高。

第二堂产品的基本介绍沈阳化工大学学士学位论文第二堂产品的基本介绍表22氯醇法、共氧化法和HPPO法技经指标对比项目氯醇法共氧化法HPPO法异丁烷乙苯法投资亿元/万吨2.1017746911产品成本相对比例11050.86原材料t/t丙烯0780850800.78异丁烷2.77乙苯2.90氧气2.73氯气135-150生石灰1.00过氧化氢0.72要求不严格较严格无特殊产t/t副物二氯丙烷01-027二氯异丙能0022有机物废水40〜80氯化钙废渣叔丁醇2.36苯乙烯2.6源力耗能动消电耗/KWht」100385385比传统工艺降低35%—40%冷却水耗/t.P200500503蒸汽(4MPa)/tf16013012人工81567450环氧丙烷质量指标环氯丙烷产品执行标准GB/T14491-2001表2.3环氧丙烷质量标准项目优级品一级品合格品色度（钳-钻色号）Hazen<51020酸度（以乙酸计），%<00030006001水份(wt%)<002004010醛含量（以丙醛计），%<00100030010环氯乙烷含量（wt%）<00101003010

沈阳化工大学学士学位论文第三堆工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三堆工艺流程设计第三章工艺流程设计工艺流程介绍及说明本项目采用固定床反应器与精饵塔组合的工艺流程，由于po合成反应是放热反应，反应放热很大，采用一般的绝热床反应器反应温度不易控制，因此，使用固定床反应器在外设换热器的方法来取走反应热，以保证温度始终保持在最佳温度附近。E艺包含了两个主要工段即“反应工段”和“分离工段”。反应后的产物经过加热器初步分离，再由2个蒸镭塔分离精制，产品由管道送入耀区，分离后的副产物主要为水，经处理达标后排放，部分分离产物进行循环，以提高原料利用率和产品收率。Aspen模拟全流程模拟下图为Aspen全模拟流程图:下图为Aspen全模拟流程图:11第三堂工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三堂工艺流程设计表31Aspen模拟所用的模型项目模型Module混合器MIXMixer化学计量反应器RStoicReaction加热器HeaterHeatExchangers冷凝器HeatHeatExchangers精饵塔DSTWU.RadfordColumns泵PumpPump下面是用Aspen模拟流程时用到的各个模块，具体列表如下：表32傕化蒸镭过程模拟发生的反应RxnNo.Stoichiometiy1BINGXI+H2O2->PO+WATER2PO+WATER->C3HsO232H3O2->2WATER+O3模拟流程的化学反应采用过氧化氢直接氧化法制备环氧丙烷，丙烯与过氧化氢在40度下以甲醇为溶剂进行反应。TS-1C3H6+H20-C3H6。+H2033流程模拟（1）通过工艺过程模拟，主要达到以下3个目的：（2）优化所选工艺方法，确定最佳工艺条件：（3）验证所选工艺方法的可行性：（4）为生产设备提供选型和设计参数。（5）在整个流程设计中，我们采用稳定的AspenPhis7.2软件进行工艺流程的模拟。12

第三章工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三章工艺流程设计物性方法的选择对于模拟来说至关重要，在每个工段我们选用针对性的物性方法进行精确地计算。3.3.1反应器的模拟图32反应器Aspen模拟图表33反应器模拟数据PROYLENEH)O,TemperatureC404040Pressurebar204204204VaporFrac000MoleFlovzkniol/hr4248.551092863478354534.89893MassFlowkg/hr135548987120552112147604198VolumeFlowcum/h0832919189066562EnthalpyGcal/hr-238.53392048903039-25071149MassFlovzkg/hrBINGXI0119346591207437224h2o28132.939220162658784WATER1355489870557680942PO00136092477METHANOL1260605580126060558PROPANE0120552112120552112MassFracBINGXI00.99001405361h2o20060000110199WATER0010003778218PO00009220095METHANOL0930085404453PROPANE00.0100008167213

第三隼工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三隼工艺流程设计3.3.2加热器的模拟*—E]*—E]图33Aspen模拟图表34加热器模拟数据13TemperatureC409595Pressurebar333VaporFrac0846863710MoleFlowkmol/hr4522.873830.25442692.615584MassFlowkg/lir14334354212240200720941.5347VolumeFlowcum/hr391095589390803487292102467EnthalpyGcal/lir-20762846-16846619-39162276MoleFlowkmol/hrBINGXI40398883593011164073h2o24782079122784399077215V/ATER30956219238969903210309PO234319233.6650110.65398861METHANOL3934209333667085597.538151MoleFracBINGXI000884394001041402000016118H2O20001057290.000206570.00576188WATER0068443260.05723874013040572PO005180759006100508000094423METHANOL08698479108711355708627269814

第三堂工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三堂工艺流程设计333冷凝器的模拟巨»巨»图34冷凝器Aspen模拟图表35冷凝器模拟数据10J4TemperatureC95251580371583Pressurebar3;;VaporFrac088924065000MoleFlowkmol/hr3830.25438302543000030000MassFlowkg/lir126140489126140489540458.4540458.4VolumeFlowcum/hr34770.233415798548538.545462575691197EnthalpyGcal/hr-17821452-21200869-2051.8637-2018.0695MoleFlowkmol/hrWATER219.2392192393000030000BINGXI398883988800HM■■07910.79100PO233,66523366500METHANOL3336.67133366710015

第三堂工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三堂工艺流程设计334H2O2进料泵的模拟B1叵IOB1叵IO图35泵Aspen模拟图表36泵模拟数据1TemperatureC4040Pressurebar15.0204VaporFrac00MoleFlowkmol/hi'4248551094248.55109MassFlowkg/lir135548987135548987VolunieFlowcum/hr170.260859170260859EnthalpyGcal/hr-23853145-238.53145MoleFlowkmol/hi'H2O2239100859239100859WATER75.241121475.2411214METHANOL3934209113934.2091116

第三章工艺流程设计沈阳化工大学学士学位论文第三章工艺流程设计3.3.5丙烯鼓风机B1B1图36鼓风机Aspen模拟图表37鼓风机模拟数据1TemperatureC4040Pressurebar150204VaporFrac00MoleFlowkmol/hr286347835286347835MassFlowkg/lir12055.2112120552112VolumeFlowcum/lir25.0832919250832919EnthalpyGcal/hr048903039048903039MoleFlowkmol/hrBINGXI283614011283614011PROPANE2.733823712.7338237117

沈阳化工大学学士学位论文第四尬物料及热量衡算沈阳化工大学学士学位论文第四尬物料及热量衡算第四章物料及热■衡算概述化工过程的物料衡算和能量衡算，是利用物理与化学的基本定律，对化工过程单元及化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡进行定量计算。通过计算，从中找出主副产品的生成量，废物的排出量，确定原材料的消耗与定额，确定各物流的流量，组成和状态，确定每一设备内物质转换与能量传递的速度。从而为确定操作方式，设备选型以及设备尺寸的确定，管路设施与公用I：程的设计提供依据。物料衡算物料衡算的目的对于新的设计，物料衡算是工艺设计的基础。根据年产量，通过全程物料衡算可以确定原料消耗；确定各设备的进出料情况，在此基础上进行设备选型计设计；同时乂是热量衡算的依据。物料衡算的依据本工艺流程的物料衡算以Aspenplus的流程模拟数据为基础资料进行计算的。我们以工段为单位进行物料衡算，全流程分为两个工段：丙烯与过氧化氢反应工段、环氯丙烷分离工段。物料衡算方程式如下：gGin-gGout=gGa式中：ZGin：进料量之和；ZGout：出料量之和：ZGa：系统内累积量之和。对于连续操作，当达到稳态时，gGa=O,所以£Gin=£Goiit。1、丙烯与过氧化氢反应工段物料衡算is

沈阳化工大学学士学位论文第四堂物料及热量衡经丙烯与过氧化氢反应工段是整个流程的基础，该工段涉及的组分主要包括丙烯、第四堂物料及热量衡经过氧化氢等。分别根据以上物质在全流程中的数据对反应器进行物料衡算。表41反应器进行物料衡算进口物料出11物料C3H6c3HsH2O2h2oCH3OHTemperatureC404040404040Pressurebar20420.420420.420420.4VaporFac099000100000.023MoleFlowkmol/hr283,6141734239101752413934.2094534.899147604.19MassFlowkg/hr11934.6512055281329391355.49012606058VolumeFlowcum/hr22,9320.2385.6371358158,685EnthalpyGal/hrMassFac048903039-238.53392-2507114C曲099000000.014c3Hs00100000817PpMh2o3006000000001h2o001000000038CH3OH093000000854PO000000092反应器进出物料质量流量信息表/(kg/h)表42反应器进出物料质量流量信息表INOUTC3H6+C3HsH2O2+H20+CH30H120552112135548.987147604198丙烯和生成物分离工段主要是分离溶于甲醇未反应的丙烯，有利于环氧丙烷的进步提纯。丙烯和生成物分离工段的模拟结果19

第四饮物料及热量衡克沈阳化工大学学士学位论文第四饮物料及热量衡克表43丙烯和生成物分离工段的模拟结果进口物料出口物料（气）出口物料（液）TemperatureC409595Pressurebar3VaporFac0.03110MoleFlowkmol/hr4522.8703830.25442692615584MassFlowkg/hr143343.54212240200720941.5347VolumeFlowcum/hr1404.9127439080348729,2102467EntlialpyGal/lir-242.93611-168.46619-39162276MassFacc3H60011742590.013713230014h2o3000113474000021987000648208h2o003890520003226786007770006ch3oh087942961087346722091427936PO006878784008033179000131414丙烯和生成物分离物料信息表/（kg/h）表44丙烯和生成物分离物料信息表INOUT（气）OUT（液）CaHg+HzOz+HzO+CHsOH+PO143343542122402.0072094153472、环氧丙烷分离工段模拟结果表45环氧丙烷分离工段模拟结果进口物料塔顶出口物料塔底出II物料TemperatureC3011113.8Pressurebai*1045.2VaporFac000MoleFlowkmol/hr37895682380533551515MassFlowkg/hr124460591136882944209415347VolumeFlowcum/hi2764491162485074EnthalpyGal/hr-2115514-71680924-1962245MassFacH：O0.0318146240065e-16003574600CH3OH0.8585435098760858000115024PO01096418700803317900013141420第四堂物料及热量衡算沈阳化工大学学士学位论文第四堂物料及热量衡算环氧丙烷分离物料信息表/(kg/h)表46环氧丙烷分离物料信息表OUTIN塔顶塔底12446059113688.294411077229643热量衡算通过能量衡算，以分析工程设计和操纵中能曷的利用是否经济合理，以提高能量的利用水平。能量核算的主要思想是能量守恒，在我们的设计中，需要进行能量衡算的主要设备有泵、换热器、反应器、精微塔、萃取塔。其依据能量守恒定律，对于连续工作的系统：Q+W=XHout-SHin其中Q表示系统的热负荷，W表示外界输入系统的机械能，XHout表示各股物流离开系统时的焙之和，£Hin表示各股物流进入系统时的始之和。下面以单元设备为对象进行衡算。反应器衡算表44固定床反应器能量信息表moutTemperature℃404040Pressui-ebar20.420.4204VaporFac000MoleFlowkmol/hr4248551094248.551094248.55109MassFlowkg/ln*135548987135548987135548.987VolumeFlowcum/hi'170.260859170.260859170260859EnthalpyCal/hi*-23853392048903039-25071149表48固定床反应器能量平衡表QWZHmZHout-11666600390-238.04488961-250.7114921

第四章物料及热量衡算沈阳化工大学学士学位论文第四章物料及热量衡算泵衡算表49C3H6进料泵能量信息表INOUTTemperature℃4040Pressurebar204204VaporFac00MoleFlowkmol/hr286347835286347835MassFlowkg/hr12055.211212055.2112VolumeFlowcum/hr25,083291925.0832919EnthalpyCal/hi*048903039048903039表410C3H6能量平衡表QWZHinZHout00.48903039048903039表411H2O2进料泵能量信息表INOUTTemperature℃4040Pressurebar204204VaporFac00MoleFlowkmol/hr424855109424855109MassFlowkg/lir135548987135548987VolumeFlowcum/hr170.260859170.260859EnthalpyCal/hi'-238.53145-238.53145表412H2O2进料泵能量平衡表QwZHinZHout00-238.53145-238.5314522沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工艺及设备设计沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工艺及设备设计储罐设计油品和各种液体化学品的储存设备一储罐是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。由于大型储罐的容积大、使用寿命长。热设计规范制造的费用低，还节约材料。20世纪70年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快。第一个发展油罐内部覆盖层的施法国。1955年美国也开始建造此种类型的储罐。1962年美国德士古公司就开始使用带盖浮顶罐，并在纽瓦克建有世界上最大直径为61.6mm的带盖浮顶罐。至1972年美国已建造了600多个内浮顶罐。1978年国内30001】广铝浮盘投入使用，道过测试蒸发损耗标定，收到显著效果。近20年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物。世界技术先进的国家，都备有较齐全的储罐计算机专用程序，对储罐作静态分析和动态分析，同时对储罐的重要理论问题，如大型储罐T形焊缝部位的疲劳分析，大型储罐基础的静态和动态特性分析，抗震分析等，以试验分析为基础深入研究，通过试验取得大量数据，验证了理论的准确性，从而使研究具有使用价值。近几十年来，发展了各种形式的储罐，尤其是在石油化工生产中大量采用大型的薄壁压力容器。它易于制造，乂便于在内部装设工艺附件，并便于工作介质在内部相互作用等。常温储罐有两种形式：球形贮罐和圆筒形贮罐。球形储罐具有投资少，金属耗最少，占地面积少等优点，但是加工制造及安装复杂，焊接工作量大,因此安装费用较高。一般用于储存总量大于500nf或单罐容积大于200nF时；圆筒形贮罐具有加工制造安装简单，承压能力较好，安装费用少等优点，但是金属耗量大占地面积大，所以在总贮量小于500m3,单罐容积小于io。nJ时选用卧式贮罐比较经济。由于圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。根据设计要求选择合适的储罐。23

沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设符的工艺及设备设计沈阳化工大学学士学位论文储罐装法一、正装法此种方法的特点是指把钢板从罐底部一直到顶部逐块安装起来，它在浮顶罐的施工安装中用得较多，即所谓充水正装法，它的安装顺序是在罐低及二层圈板安装后，开始在罐内安装浮顶，临时的支撑腿，为了加强排水，罐顶中心要比周边浮筒低，浮顶安装完以后，装上水除去支撑腿，浮顶即作为安装操作平台，每安装一层后，将上升到上一层工作面，继续进行安装。二、倒装法先从罐顶开始从上往下安装，将罐顶和上层罐圈在地面上安装，焊好以后将第二圈板围在第一罐圈的外围，以第一罐圈为胎具，对中点焊成圆圈后，将第一罐圈及罐顶盖部分整体吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于点焊，然后在焊死环焊缝。用同样的方法把下面的部分依次点焊环焊，直到罐底板的角接焊死即成。三、卷装法将罐体先预制成整幅钢板，然后用胎具将其卷筒，在运至储罐基础上，将其卷筒竖起来，展成罐体装上顶盖封闭安装而建成。常见几种装法：护坡式基础、环墙式基础、外环境式基础、特殊构造的基础。此设计选择正装法。储罐设计要求表51丙烯储罐设计参数参数―操作温度参数―操作温度(C)

操作压力(MPa)

密度(Kg/m3)

爆炸极限%(7々)沸点(01MPa,4C)

临界压力(MPa)

储存体积(m3)参数数值402045139爆炸极限为2%〜11%474455010002424沈阳化工大学学上学位论文第五章典型设符的工艺及设备设计沈阳化工大学学上学位论文表52产品储罐设计参数参数PO操作温度CC)25操作压力(MPa)01密度(Kg/m3)830爆炸极限％077)爆炸极限为2.8-3703.1-275%沸点(O.lMPa,C)34临界压力(MPa)5.2储存体积(m3)2000折光率1.3664储罐选型按照工艺设计要求，原料丙烯和产品的储存周期按五天进行储存计算。储罐形式主要有立式储罐，卧式储罐以及球罐，丙烯每一周的储存容积为3000m3o分三个储罐进行储存，每个储罐最大容量为12001/,根据文献对比此储罐容量稍微大些，属于大型罐，故选用立式储罐。立式储罐不仅具有占地面积小，生产制造技术成熟等优点，采用浮顶设计后立式储罐可以有效地减少易挥发组分的消耗，克服了卧式储罐以及球形储罐的诸多缺点。所以选定钢制立式圆筒形内浮顶储罐作为该工艺流程中的原料罐。产品PO每5天储存容积2000n】3,单罐最大储存容积达120011?,分两个罐储存。根据设计参数，结合产品的储存容积，产品均采用立式储罐储存。25沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设符的工之及设备设计沈阳化工大学学士学位论文设计结果对气体储罐和液体储罐进行了工艺计算，初步确定了其主要的工艺参数,包括工艺尺寸、类型、体积、主体材质以及防腐保温措施等。表53各储罐主要参数名称丙烯储罐PO储罐中间储罐类型立式拱顶立式拱顶立式拱顶数最4O一10尺寸mm①9000①9000①8000壁厚mm302520设计温度C402540设计压力卜8a2040103材料Q345RQ345RQ345R保温泡沫珍珠岩泡沫珍珠岩泡沫珍珠岩防腐防腐漆防腐漆防腐漆容积(m3)120012006000储罐的封头选型封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式,但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头,结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准(JB/T4737.95)以内直径为公称直径的封头封头取与筒体相同材料。根据设计结果储罐的直径为9000mm,查椭圆形封头标准(JB/T4737・95)以内直径为公称直径的封头，则封头内径为225mm,直边高度为25mm0封26

沈阳化工大学学L沈阳化工大学学L•学位论文头的材料和储罐主体的材料相同。焊接应满足以下要求:焊缝分散原则：避免焊缝多条相交原则：对称质心布置原则：避开应力复杂区或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则：接头设计的开敞性原则：焊接坡口的设计原则（焊缝填充金属尽量少：避免产生缺陷：焊缝坡口对称：有利于焊接防护：焊1：操作方便：复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。压力容器受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，查得封头与圆筒连接的环向接头采用A类焊缝。封头与圆筒等厚采用对接焊接。平行长度任取。坡口形式为I型坡口。接管与壳体的焊接接头中，由于容器所设的接管都是不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊接有全焊透和部分焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。53泵的选型查化工设计手册得出下面各种类型泵的特性，如下表所示：27

沈阳化工大学学士•学位论文第五章典型设符的工艺及设备设计沈阳化工大学学士•学位论文表54泵的特性指标叶片溶积离心式轴流式旋涡式活塞式转子式液体排出状态流速均匀有脉冲流速均匀液体品质均一液体（活或含固体液体）均一液体均一液体均一液体均一液体允许吸收上真空高度/m482.5-74〜54〜5扬程范围大10〜600m（多级）低2〜20m较高，单级可达100m以上范围大,排出压力高，排出压力03〜60M）a体积流量/范圉大5〜30000大约6000较小0.4〜20范围较大1〜600流量与扬程关系流量减小，扬程增大：反之流量增大，养成降低同离心式，但增大率和降低率较大流量增减排出压力不变，压力增减流量近似为定值构造特点转速高，体积小，运转平稳，基础小，设备维修较易与离心式基本相同，但叶轮较简单，制造成本低转速低，能力小，基础大，与电动机连接复杂同离心式流量与轴功率关系依泵比转速而定，流量减小，轴功率减小依泵比转速而定，流量减小，轴功率增大流量减小，轴功率增大当排出压力定时，流量减小，轴功率减小5.3.1选用时对工业泵的要求1、使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。2、必须满足介质特性的要求⑴对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泉。⑵对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF工程塑料磁力驱动泵。⑶对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封用采用清洁液体冲洗。28

沈阳化工大学学L沈阳化工大学学L•学位论文3、机械方面可靠性高、噪声低、振动小。4、经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。5、离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。5.3.2选型原则1、流量流量Q是选差的重要性能数据之一，一般工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时,以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的L1倍作为最大流量。2、扬程H装置系统所需的扬程是选泵的乂一重要性能数据，一般要用放大5310%余量后扬程来选型。3、管道布置装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余曷的校核。4、操作运转条件操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。5.3.3选型结果根据Aspen模拟结果，各泵的输送参数如表5.6。56泵的输送参数设备位号流股名称正常流量m3/h温度re入11压力小.出口压力/Mpa蒸气分率所需扬程/mP0101CH3OH+H20217026401.502.0401907C0102c3H62508340150204113493因整个厂用泵纵多，这里只简单列一些工艺用泵作代表，不予一一列出,29

沈阳化工大学学士学位论文第五堂典型设备的工之及设备设计只在设备一览表表示。以P0101为例写出其计算过程：输送介质：CH3OH+H2O24-H2O输送条件：40℃,2.04Mpa流量:正常流量170.23m3/h沈阳化工大学学士学位论文第五堂典型设备的工之及设备设计只在设备一览表表示。以P0101为例写出其计算过程：输送介质：CH3OH+H2O24-H2O输送条件：40℃,2.04Mpa流量:正常流量170.23m3/h,最大流量取其L12倍物性：密度p=791kg/n/，黏度尸0.59mPas=m根据输送介质的密度和估算管径（d=100mn】）取流速u=2.4m/s,则管径：4V4X170.29X1.12==0.1677m3600nuJ3600X3.14X2.4由于管径过大，故采用两根管并联输送:4V

3600ttu4X85.145X1.123600X3.14X2.4=01186m圆整取热扎无缝钢管（GB8163-87）,规格为（pl27mmx8mm则实际流速为f4V4X85.145X1.12U=3600XnXd2=3600X3.14X0.1192(P相对粗糙度为f=2.383ni/s雷诺数0.15——=0.00126119pdu791X0.119X2.383e-V0.59=380.185为层流，则64「y=—=64/380.185=0.168取直管30m,3个90度弯头，1个突然扩大（进换热器），一个闸阀3/4开,一个截止阀全开，一个止回阀全开。总局部阻力系数为:2£=0.75X3+1+0.9+6.4+8=18.5530

沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工之及设备设计沈阳化工大学学士学位论文管道阻力为：Z/1▽\u?/30\2.3832坨«+2£)定=(。,68X.18.55)X-=17.65m扬程：APAu2H=AZ+—+—+>Hf=8+0+17.65=25.65mPg2g乙All2其中动能差丁忽略，2g根据输送介质的物性，装置工艺参数的特点，流量，扬程等，选择：IS100・80・160型离心泵，流量Q=85.145nf/h,扬程H=32m,转速n=2900i7min,效率78%,电机功率P=15KW,轴功率=11.2KW,必需汽蚀余量(NPSH)r=4.On】IS100・65・250风机,流量Q=25.083m3/h,扬程H=2L3m,转速n=1450r/niin,效率55%,电机功率P=5,5KW,轴功率=3.16KW,必需汽蚀余S：(NPSH)r=2.0m注明：1、以上只是对装置区的主要用泵和风机进行初步设计，未考虑其它区域用泵和非生产用泵。2、以上只是初步设“，未考虑大型泵可多台并联以减少备用投资等情况。5.4换热器选型设计5.4.1选型规范JB/T4714—92JB/T4715—JB/T4714—92JB/T4715—92JB/T4716—921990-5-9GB150-1998GB151-1999《固定管板式换热器型式与基本参数》《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》《压力容器安全技术监察规程》《钢制压力容器》《管壳式换热器》31

沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工艺及设备设计沈阳化工大学学士学位论文《化工设计手册》化学工业出版社5.4.2换热器类型换热器的种类很多。下表为一些换热器的结构分类。表57换热器的结构分类管式管壳式固定管板式刚性结构：用于管壳温差较小的情况（一般S50P）,管间不能清洗带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函：管间容易漏泄，不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较高的介质内填料函：密封性能差，只能用于压差较小的场合斧式壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离套管式双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管盘式浸没式用于管内流体的冷却、冷凝，或者管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板式板式拆洗方便，传热而能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板可进行严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热能伞板式伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，要求流体干净板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高扩展板翘式结构十分紧凑，传热效率高，流体阻力大管翘式适用于气体和液体之间传热，传热效率高，用于化工、动力、空调、制冷工业蓄热式回旋式盘式传热效率高，用于高温烟气冷却等鼓式用于空弋预热器等固定格式紧凑式适用于低温到高温的各种条件非紧凑式可用于高温及腐蚀性化体场合每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。因此，针对具体情况正32

沈阳化工大学学L沈阳化工大学学L•学位论文确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方而的，主要有：（1）热负荷及流量大小（2）流体的性质（3）温度、压力及允许压降的范围（4）对清洗、维修的要求（5）设备结构、材料、尺寸、重量（6）价格、使用安全性和寿命在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些乂常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。本设计使用间壁式换热器。而间壁式换热器乂包括夹套式、管式和板式换热器。33沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工艺及设备设计分类管亮式板式表58间壁式换热器的特性名称特性相对费用耗用金属/(kg/m3)使用广泛，己系列化：壳成不固定管板容易清洗，管壳两物流温差大于式60C时应设置膨胀节，最大使用温差不应大于120℃。河［弋管壳易清洗；管壳两物料温差杼大.大于120C：内垫片易渗漏。管壳易清洗；管壳两物料温差填料函式大于1WC：内垫片易渗漏。造价高,不宜制造大直径。制造、安装方便，造价低管程U形管式耐高压：但结构不紧凑、管子不易更换和不易机械清理。布粉7紧凑、效率高，多股物料同时敬旭"换热，使用温度不大于150C。物帏柘7制造简单、紧凑，可用于带颗琛灰双耳粒物料，温位利用好：不易检修。结构简单、经凑、成本低、易伞板式清洗，使用压力不大于LZMPa,使用温度不大于150C紧凑、效率高、易清洗，使用波纹板式温度不大于150C,使用压力不大于型管式他其式1.5Mpa(>套N弋结构简单，不易堵塞，耗金属宴口”多，使用面积不宜大于20m2构造简单，可用海水冷却，造喷淋管式价较套管式低，对周围设备有水雾腐蚀。钻皿弋制造简单，占地面积大，一般相吕.作为出料冷却。柘次弋结构紧凑，传热好，成本低压政儿天降小，较难制造。1030122461284610146061606501608-1415008-116005-0710024热管高导热性和导温性，热流密度

大，制造要求高。5.4.3换热器的选型1、换热器选型原则①物料的进出安排必须合理：②考虑进出口温度选择合适的加热剂及冷却剂:③能耗低、传热效率高、维修方便；34沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设符的工之及设备设计沈阳化工大学学士学位论文④合理地实现所规定的工艺条件，注意防腐蚀，防磨损；结构安全可靠，便于制造、安装、操作。2、根据本工艺条件进行换热器选型该换热过程是PO与循环水之间进行表59P0与循环水一系列物性参数与操作参数热流体冷流体H称P0循环水进11温度/℃9515出11温度/℃7245两流体温度变化情况：热流体进口温度95℃,冷流体进口温度15C,出口温度72℃。出口温度45℃。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。定性温度：可取流体进口温度的平均值c光程PO的定性温度为：T=?=83.5C管程循环水的定性温度为：1=竽=30℃3、流程安排在列管式换热器设计中，冷、热流的流程，需进行合理安排，一般应考虑以下原则。①易结垢流体应走易于清洗的一侧，对于固定管板式、浮头式换热器，一般应使易结垢流体流经管程，而对于U形管换热器，易结垢流体应走壳程。②有时在设计上需要提高流体的速度，以提高其表面传热系数，在这种情况下，应将需要提高流速的流体放在管程。这是因为管程流通截面积一般较小,且易于采用多骨程结构以提高流速。③具有腐蚀性的流体应走管程，这样可以节约耐腐蚀材料用量，降低换热器成本。④压力高的流体应走管程。这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采用耐压的壳体和密封措施。35

沈阳化工大学学L沈阳化工大学学L•学位论文⑤具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液。⑥粘度大的流体应走壳程，因为壳程内的流体在折流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。由于水的粘度比PO的大,因此，水走管程，PO走壳程，这样可以提高换热效果，同时，在此选择逆流。根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。表510壳程和管程流体的有关物性数据壳程管程名称PO水定性温度/℃83530密度/kg/n?859994.1定比热容/kJ/(Xg「C)1676417导热系数/W/(m-K)018200.653粘度/Pa-s00001000006957换热器的设计计算1、流动空间及流速的确定由于管长及管程数均和管径及管内流速有关，故应首先确定管径及管内流速。若选择小的管径，管内表而传热系数可以提高，而且对于同样的传热面积来说可以减小壳体直径。但管径小，流动阻力大，机械清理困难，设计时可根据具体情况用适宜的管径，见表5・1136

沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工之及设备设计沈阳化工大学学士学位论文表511管径选择材料钢管标准外径X壁厚/(mmxmm)1级换热器II级换热器外径偏差/mm壁厚偏差外径偏差/mm壁厚偏差碳钢GB816310x15±0.1512%-10%±0.20+15%-10%14x219x225x225x2.5±0.20±0.4032x338x345x3±0.30±0.4557x35±0.8%±10%±1%12%-10%10x1.5±0.15±0.20不锈钢GB227014x219x225x2±0.2012%-10%±0.40±15%32x238x2545x25±0.30±0.4557x35±0.8%±1%37

沈阳化工大学学士学位论文第五章典型设备的工艺及设备设计沈阳化工大学学士学位论文表512列管式换热器的常用流速u流体类型管内（m/s）管间（m/s）一般液体oT30.2-1.5海水、河水等易结垢的液体气体>1海水、河水等易结垢的液体气体>15.30>053.15表513列管式换热器易燃、易爆液体允许的安全流速us液体名称安全流速（m/s）PO+甲醇+水丙烯<2-3根据工艺条件，本设计选用